ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΝΑΣΙΩΚΑ*
Γενικότερα οι μηχανικοί μεταφορείς αποτελούν συστήματα διαχείρισης υλικών πρωτίστως οριζόντιας μετακίνησης, καθορισμένης πορείας και σταθερής ταχύτητας. Εντούτοις, περιέχουν συχνά και κεκλιμένα τμήματα για να ανυψώσουν το μεταφερόμενο υλικό κατά την διάρκεια της μετακίνησής του. Οι μεταφορείς χρησιμοποιούνται, όχι μόνο για τη μεταφορά του υλικού, αλλά και για την διαδικασία αποθήκευσης. Τέλος, μπορούν να είναι ευθείς, κυρτοί, κλειστού βρόχου, αντιστρέψιμοι ή όχι. Μερικοί τύποι μεταφορέων είναι:
• Μεταφορικές ταινίες
• Αλυσομεταφορείς
• Κοχλιομεταφορείς
• Μεταφορείς ραούλων
• Μαγνητικοί μεταφορείς
• Φυσητήρες
• Αναβατόρια
• Βαγόνια
• Φορεία
Μεταφορικές ταινίες
Οι μεταφορικές ταινίες είναι βαρέως χρήσεως μεταφορείς κατάλληλοι για τη μεταφορά μεγάλων χωρητικοτήτων σε αποστάσεις μεγαλύτερες από οποιονδήποτε άλλο τύπο μηχανικού μεταφορέα. Η μεταφορική ικανότητα μπορεί να είναι αρκετές χιλιάδες τόνοι ανά ώρα, και η απόσταση αρκετά χιλιόμετρα. Μπορεί να είναι οριζόντιες ή κεκλιμένες (είτε γίνεται η μετακίνηση φορτίων προς τα πάνω είτε προς τα κάτω) ή μπορεί να είναι ένας συνδυασμός τους.
Το μέγιστο όριο της κλίσης εξαρτάται από τον τύπο του υλικού που μεταφέρεται και καθορίζεται όταν το υλικό τείνει να ολισθήσει πάνω στην επιφάνεια της ταινίας (ιμάντα). Υπάρχουν βέβαια και ειδικές ταινίες με ειδικό σχεδιασμό έτσι ώστε να μην επιτρέπουν στο υλικό να ολισθήσει ακόμα και αν η κλίση είναι αρκετά μεγάλη. Τα υλικά που μεταφέρονται συνήθως είναι κονιορτοποιημένα, κοκκώδη, ή άμορφα υλικά, όμως μπορούν να μεταφερθούν και υλικά υψηλής θερμοκρασίας ή ελαιώδη.
Στην απλούστερή της μορφή, μία μεταφορική ταινία αποτελείται από μια κεφαλή ή οδηγό τροχαλία, μια οδηγούμενη τροχαλία, μία ανοιχτή ταινία και τα ενδιάμεσα ράουλα μεταφοράς και επιστροφής. Η απόσταση μεταξύ των ράουλων εξαρτάται από το πλάτος και την φόρτωση της ταινίας και είναι συνήθως 1,5 μέτρο ή λιγότερο. Τα ράουλα επιστροφής χωρίζονται σε διαστήματα των 3 μέτρων ή ελαφρώς μικρότερα. Ρουλεμάν κλειστού τύπου κατά της τριβής χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά στις μεταφορικές ταινίες και πρέπει να ελέγχονται τουλάχιστον μία φορά τον χρόνο.
Εφαρμογές
Οι μεταφορικές ταινίες χρησιμοποιούνται ευρύτατα για την μεταφορά και αποθήκευση διαφόρων υλικών όπως π.χ. στις βιομηχανίες τροφίμων, για την μεταφορά δεμάτων, για την μεταφορά αποσκευών στα αεροδρόμια, κ.τ.λ.
Τμηματικές μεταφορικές ταινίες. Χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε ορυχεία λιγνίτη μεταφέροντας τον λιγνίτη από την επιφάνεια εξόρυξής του στο σημείο φόρτωσης. Αποτελούνται από μικρά τμήματα μήκους έως 1,8m ή μεγαλύτερα, ελαφριού πλαισίου ειδικής κατασκευής. Τα τμήματα σχεδιάζονται έτσι ώστε να συναρμολογούνται και να αποσυναρμολογούνται εύκολα για να μεταφέρονται από το ένα σημείο του ορυχείου στο άλλο. Το συνολικό μήκος της ταινίας μπορεί να φτάσει και τα 305m ή και περισσότερο. Μπορούν να μεταφερθούν φορτία 125 tons/h (32 kg/s) λιγνίτη.
Φορητοί μεταφορείς. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε αυλές λιγνίτη, μικρές εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας, και στα ορυχεία λιγνίτη για την αποθήκευση του άνθρακα και τη λήψη του για τη φόρτωση στα φορτηγά. Αποτελούνται από ένα μικρό τμήμα αλυσομεταφορέα ή μεταφορικής ταινίας που τροφοδοτείται από βενζινοκινητήρα ή ηλεκτροκινητήρα. Ποικίλλουν στο μήκος από 6m έως και 27m και μπορούν να χειριστούν μέχρι 250 tons/h (63 kg/s) του λιγνίτη.
Διατάξεις
Στο σχήμα 1 απεικονίζονται οι πιθανές διατάξεις των μεταφορικών ταινιών. Το a είναι ένας οριζόντιος μεταφορέας που λαμβάνει το υλικό από το ένα σημείο και το αποθέτει σε άλλο. Το b παρουσιάζει έναν οριζόντιο μεταφορέα με κινούμενο δρομέα. Το c είναι ένας οριζόντιος μεταφορέας με σταθερούς δρομείς. Το d παρουσιάζει κεκλιμένη άκρη που συνδυάζεται με ένα οριζόντιο τμήμα. Το e είναι ένας συνδυασμός μεταφορέα επιπέδων, κάθετης καμπύλης, και οριζόντιου τμήματος. Η ακτίνα της κάθετης καμπύλης εξαρτάται από το βάρος της ταινίας και την ένταση τάνυσης στο σημείο της τάνυσης. Το f είναι ένας συνδυασμός μεταφορέα επιπέδων που λαμβάνει το υλικό από ένα δοχείο ή μια σταθερή απόρριψη, το κεκλιμένο τμήμα, και μια σειρά σταθερών δρομέων.
Ταινίες (ιμάντες)
Το πλάτος των ταινιών εξαρτάται από την επιθυμητή μεταφορική ικανότητα και το μέγιστο μέγεθος του μεταφερόμενου υλικού. Η τυποποιημένη κατασκευή ελαστικών ταινιών έχει αρκετά επίπεδα από ειδικά υφασμένο βαμβάκι ή συνθετικό ύφασμα όπως τεχνητό μετάξι, νάιλον ή πολυεστέρα με λαστιχένιες ενώσεις έτσι ώστε να μην επιτρέπονται φθορές και υγρασία. Το πάχος του ανώτερου επιπέδου της ταινίας καθορίζεται από τη δριμύτητα της εργασίας και ποικίλλει από 1,6 έως 19mm. Το πάχος του κατώτερου επίπεδου της ταινίας είναι συνήθως 1,6mm. Με την ενδιάμεση τοποθέτηση μιας λεπτής στρώσης υφάσματος είναι δυνατόν να διπλασιαστεί η αντοχή της ταινίας από φθορές. Η ταινία υπολογίζεται σύμφωνα με την τάνυση στην οποία με ασφάλεια μπορεί να υποβληθεί.
Ταινίες υψηλής αντοχής
Για τις μεταφορικές ταινίες εξαιρετικά μεγάλου μήκους, μια μεγαλύτερη δύναμη ανά μέτρο πλάτους της ταινίας είναι διαθέσιμη μέσω της χρήσης των βελτιωμένων τεχνικών ύφανσης (τραπεζοειδείς) για να υποστηρίξουν τις δυνάμεις εφελκυσμού. Οι δυνάμεις εφελκυσμού μπορούν να φτάσουν έως και 26 kg/mm. Ο αριθμός πτυχών μειώνεται σε δύο από οκτώ ώστε να υπάρχει άριστη ευελιξία. Υπάρχουν επίσης και άλλες ταινίες υψηλής αντοχής από συνθετικό ύφασμα με αντοχές σε εφελκυσμό από 1,61 έως 4,29 kg/mm.
Μερικές εταιρείες έχουν αναπτύξει μια ενισχυμένη ταινία με χαλύβδινα καλώδια με αντοχή σε εφελκυσμό από 12.5 έως 78.6 kg/mm. Επίσης ένα άλλο υλικό που χρησιμοποιείται είναι και το συνθετικό καουτσούκ. Τα συνθετικά προϊόντα είναι ανώτερα σε ειδικές περιστάσεις, όπως π.χ. το νεοπρένιο για την αντίσταση κατά της φωτιάς και την προστασία από τα έλαια (προϊόντα πετρελαίου), το Buna Ν για προστασία από φυτικά και ζωικά έλαια, και το buty1 για την αντίσταση στη θερμότητα (κατά Rubber Manufacturers Association).
Διάρκεια ζωής
Στην περίπτωση μεταφοράς άμορφου υλικού, παρουσιάζονται πολλά προβλήματα στο σημείο της φόρτωσης που μπορούν να οδηγήσουν σε καταστροφή της ταινίας. Τα κομμάτια με μεγάλο βάρος, όπως μεταλλεύματα ή βράχοι, μπορούν να καταστρέψουν την εξωτερική κάλυψη της ταινίας. Η ζημιά αυτή μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας εύκαμπτα υποστηρίγματα. Αυτό μπορεί να γίνει με την χρήση των ραούλων με ειδικές βάσεις στήριξης από καουτσούκ. Επίσης το φορτίο αυτό δεν πρέπει να πέφτει κατακόρυφα στην ταινία.
Όπου είναι δυνατόν, το φορτίο πρέπει να κινείται προς την ίδια φορά με αυτή της ταινίας πριν αποτεθεί σε αυτήν. Όταν το υλικό είναι ένα μίγμα κομματιών και πούδρας, η πούδρα πρέπει να αποτίθεται πρώτη έτσι ώστε να δημιουργεί μία επιπλέον προστατευτική επιφάνεια πάνω στην οποία θα πέσει το υπόλοιπο υλικό.
ʼλλοι καταστρεπτικοί παράγοντες είναι: η υπερβολική τάνυση της ταινίας όταν λειτουργεί εκτός ορίων, τα σπασμένα ράουλα και ο μη αποτελεσματικός καθαρισμός της ταινίας πριν αυτή έρθει σε επαφή με τις τροχαλίες ή το τύμπανο. Η εισαγωγή συστροφής 180ο στην επιστρεφόμενη ταινία και στις δύο άκρες (στην κεφαλή και στην ουρά) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κρατήσει καθαρή την ταινία και για να αποτρέψει τη συγκέντρωση υλικού. Η χρησιμοποίηση συστροφής 180 ο έχει ως αποτέλεσμα την ομοιόμορφη φθορά της ταινίας.
Τροχαλίες ραούλων
Οι μεταφορικές ταινίες μεγάλου μήκους κινούνται συνήθως πάνω σε τροχαλίες που αποτελούνται από τρία ράουλα. Συνήθως τα ράουλα που βρίσκονται στις άκρες των τροχαλιών έχουν κλίση 20ο. Υπάρχει όμως και η τάση η κλίση αυτή να είναι 35ο και 45ο έτσι ώστε να αυξηθεί η ποσότητα του μεταφερόμενου υλικού. ‘Όταν η κλίση είναι 35ο τότε η ποσότητα του μεταφερόμενου υλικού αυξάνεται κατά 25 με 35% σε σχέση με αυτές όπου η κλίση είναι 20ο, ενώ όταν η κλίση είναι 45ο τότε η ποσότητα μεταφερόμενου υλικού αυξάνεται κατά 35 με 40%.
Τα ρουλεμάν, είτε κυλινδρικά είτε σφαιρικά, προστατεύονται από την σκόνη μέσω τσιμουχών λαβυρίνθου. Μια ταινία που τρέχει έξω από τα επιτρεπόμενα όρια μπορεί να ευθυγραμμιστεί μετατοπίζοντας ελαφρώς προς τα εμπρός το ένα ή το άλλο άκρο μέσω μερικών ραούλων. Τα αυτοευθυγραμμιζόμενα ράουλα τοποθετούνται σε διαστήματα μικρότερα των 23 μέτρων. Δεν πρέπει όμως να χρησιμοποιούνται ως συνεχή μέσα διόρθωσης της ευθυγράμμισης των ταινιών και οπτικοί έλεγχοι πρέπει να λαμβάνουν χώρα συχνά.
Οδήγηση
Η ολίσθηση της ταινίας στην τροχαλία οδηγό μπορεί να καταστρέψει την ταινία. Υπάρχει μικρή διαφορά στην τάση για ολίσθηση μεταξύ μιας γυμνής τροχαλίας και μίας τροχαλίας επικαλυμμένης με καουτσούκ όταν η ταινία είναι καθαρή και στεγνή. Μια υγρή ταινία εμφανίζει μικρότερη τάση για ολίσθηση όταν η τροχαλία δεν είναι γυμνή και ιδιαίτερα αν υπάρχουν αυλακώσεις. Επίσης πρέπει να χρησιμοποιούνται συστήματα καθαρισμού της ταινίας.
Ένα τέτοιο σύστημα καθαρισμού μπορεί να είναι μία υψηλής ταχύτητας βούρτσα μεγάλων και σκληρών τριχών, μια σπειροειδής λαστιχένια ψήκτρα (που μοιάζει με ένα επιμηκυμένο γρανάζι κορώνας), κυκλικοί δίσκοι που τοποθετούνται σε έναν περιστροφικό άξονα ή μια ξύστρα. Ακαθαρσίες όπως ο άργιλος ή ημιπαγωμένα τμήματα λιγνίτη αφαιρούνται καλύτερα με την βοήθεια πολλαπλών διαγώνιων ξυστρών από ανοξείδωτο χάλυβα.
Μία μεταφορική ταινία πρέπει να εκκενωθεί μετά από κάθε χρήση έτσι ώστε να αποφεύγεται η επαναλειτουργία της με φορτίο. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που οι μεταφορικές ταινίες ξεκινούν γεμάτες με υλικό. Στις περιπτώσεις αυτές, για να μπορεί να γίνει ομαλή εκκίνηση του συστήματος (δηλαδή εκκίνηση του κινητήρα χωρίς φορτίο) συνήθως χρησιμοποιούνται υδραυλικοί συμπλέκτες. Οι υδραυλικοί συμπλέκτες δίνουν την δυνατότητα στον ηλεκτροκινητήρα να εκκινήσει χωρίς φορτίο μέχρι το σημείο που θα λειτουργεί στις ονομαστικές στροφές του. Παράλληλα η ταινία αρχικά τεντώνει ομαλά (χωρίς να αναπηδάει) και σιγά σιγά αρχίζει να κινεί το φορτίο. Οι υδραυλικοί συμπλέκτες λειτουργούν και ως συστήματα προστασίας καθώς σε περίπτωσης μπλοκαρίσματος (αύξηση της ροπής, αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας του υδραυλικού λαδιού του συμπλέκτη) σταματούν το σύστημα προστατεύοντας από οποιαδήποτε άλλη φθορά τα στοιχεία της μεταφορικής ταινίας (μειωτήρα, ηλεκτροκινητήρα, ράουλα, ταινία).
Καθορισμός ισχύος ηλεκτροκινητήρα
Η ισχύς που απαιτείται για να κινηθεί μία μεταφορική ταινία είναι το άθροισμα των ισχύων που απαιτούνται (1) για να κινηθεί η ταινία άδεια, (2) για να κινηθεί με φορτίο οριζόντια, και (3) για να ανυψώσει το φορτίο εάν ο μεταφορέας κινεί το φορτίο προς τα πάνω. Εάν η ισχύς (3) είναι μεγαλύτερη από τις άλλες δύο, τότε ένα πρόσθετο σύστημα φρένου πρέπει να είναι εγκατεστημένο έτσι ώστε σε περίπτωση διακοπής του ρεύματος η μεταφορική ταινία να ακινητοποιηθεί. Σε μικρές μεταφορικές ταινίες χρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνητικά φρένα ή ανεπίστροφες καστάνιες, ενώ σε μεγάλες μεταφορικές ταινίες χρησιμοποιούνται ηλεκτρουδραυλικά φρένα.
Για τον υπολογισμό της ισχύος λαμβάνονται υπόψη όλα τα τεχνικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά μίας μεταφορικής ταινίας (μήκος, πλάτος, μεταφορική ικανότητας, κ.τ.λ.). Η ταχύτητα της ταινίας πρέπει να καθορίζεται έτσι ώστε να χρησιμοποιείται όλο το πλάτος της ταινίας για να μεταφέρει υλικό στο μέγιστο των δυνατοτήτων της.
Υπολογισμός συστήματος κίνησης
Για να υπολογιστεί το σύστημα οδήγησης μίας μεταφορικής ταινίας, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθοι παράγοντες:
– ο συντελεστής της τριβής μεταξύ της τροχαλίας οδηγού και της ταινίας
– η τάνυση της ταινίας και
– το τόξο της επαφής μεταξύ της τροχαλίας και της ταινίας
Το τόξο της επαφής μπορεί να αυξηθεί έως και περίπου 240ο με τη χρησιμοποίηση μίας δεύτερης τροχαλίας και μέχρι 410ο με τη χρησιμοποίηση δύο τροχαλιών που συνδέονται μεταξύ τους γραναζωτά ή που οδηγούνται από χωριστούς κινητήρες και έχουν την ταινία τυλιγμένη γύρω τους στη μορφή του γράμματος S. Η αντίσταση που πρέπει να υπερνικηθεί είναι το άθροισμα των τριβών σε όλο το μήκος της μεταφορικής ταινίας.
Επιπροσθέτως στην περίπτωση κεκλιμένης μεταφορικής ταινίας πρέπει να συνυπολογιστεί η αντίσταση λόγω της ανύψωσης του φορτίου. Το άθροισμα των αντιστάσεων των μεταφορικών ταινιών και των φορτίων καθορίζει το συνολικό έργο που πρέπει να μεταφερθεί στην ταινία μέσω της τροχαλίας οδηγού. Το συνολικό έργο αυξάνεται λόγω της ενέργειας που πρέπει να καταναλωθεί για το επαρκές τέντωμα της ταινίας, έτσι ώστε η ταινία να μην ολισθαίνει.
ʼλλοι παράγοντες που πρέπει να προστεθούν στο συνολικό έργο είναι το βάρος της ταινίας εάν ο μεταφορέας είναι επικλινής, και η επιπλέον ισχύς που χρειάζεται για το τέντωμα της ταινίας, έτσι ώστε να μην διπλώσει ανάμεσα στα ράουλα στο σημείο φόρτωσης του υλικού. Η μέγιστη ισχύς που χρειάζεται να καταναλωθεί για την κίνηση της ταινίας καθορίζει το μήκος του μεταφορέα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Εάν μέρος της κίνησης του μεταφορέα γίνεται προς τα κάτω, τότε μειώνεται η ισχύς που χρειάζεται για την κίνηση της ταινίας. Στους μεταφορείς μεταβαλλόμενου μήκους, οι καταπονήσεις της ταινίας λόγω της επιτάχυνσης ή της επιβράδυνσης καλύπτονται από τον συντελεστή ασφαλείας που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διάρκειας ζωής της ταινίας.
Η συνολική ή μέγιστη τάση εφελκυσμού Tmax πρέπει να είναι γνωστή για να επιλεγεί μια κατάλληλη ταινία. Η ενεργός τάση εφελκυσμού Te είναι η διαφορά μεταξύ της ισχυρής και της ελαφριάς τάσης, Te=Τ1-Τ2. Ο συντελεστής της τριβής μεταξύ ελαστικού και χάλυβα είναι 0.25. Σε μια τροχαλία με ελαστική επικάλυψη, ο συντελεστής τριβής μεταξύ ελαστικών είναι 0.55 για ιδανικές συνθήκες, αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ως 0.35 για να επιτρέψει την απώλεια λόγω των ιδιαίτερων συνθηκών κάθε εφαρμογής, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν ξένα σώματα. Τέλος, σε μία κεκλιμένη μεταφορική ταινία με μία κινητήρια μονάδα το Tmax είναι χαμηλότερο, όταν η μονάδα τοποθετείται στην κεφαλή της μεταφορικής ταινίας και αυξάνεται όσο αυτή βρίσκεται πιο κοντά στην ουρά της.
Πρόσθετα συστήματα
Εκτός των παραπάνω αναφερομένων συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε μεταφορικές ταινίες υπάρχουν και πολλά βοηθητικά συστήματα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως:
– Μαγνητικές τροχαλίες ή ειδικές μαγνητικές κεφαλές για την απομάκρυνση μεταλλευμάτων από την ταινία
– Υδραυλικά φρένα σε συνδυασμό με τα ηλεκτρουδραυλικά φρένα, ειδικά για κατηφορικές μεταφορικές ταινίες μεγάλου μήκους.
– Δονητικά συστήματα για την απομάκρυνση υλικού επικίνδυνου για την διάρκεια ζωής της ταινίας (π.χ. καυτά μέταλλα)
*Ο κ. Νασιώκας είναι μηχανολόγος μηχανικός ΤΕ και υπεύθυνος πωλήσεων του καταστήματος Θεσσαλονίκης της εταιρίας «Μπόζνος Α.Ε.»
